資源簡介

2.1 第2課時　鍵參數
【學習目標】
1.知道鍵長、鍵角、鍵能的定義。
2.了解鍵能與焓變、共價鍵及物質穩定性的關系。
3.根據鍵參數判斷分子的空間結構。　
【自主預習】
一、鍵長
1.定義:兩個成鍵原子的原子核間的距離(簡稱　　　　)。
共價鍵 鍵長/pm 共價鍵 鍵長/pm
H—H 74 C≡C 121
F—F 143 C—H 109
Cl—Cl 199 O—H 96
Br—Br 228 N—H 101
I—I 266 N≡N 110
C—C 154 Si—Si 234
CC 134 Si—O 161
2.應用
(1)判斷共價鍵的穩定性
鍵長愈短,化學鍵就愈強,鍵愈　　　　。
(2)判斷分子的空間結構
二、鍵角
1.定義:在多原子分子中,兩個　　　　　　的夾角。
2.常見分子的鍵角
分子式 鍵角 分子空間結構
CO2 180° 直線形
H2O 104.5° 角形
NH3 107.3° 三角錐形
3.意義:鍵角可反映分子的空間結構,是描述分子結構的重要參數,多原子分子的鍵角一定,表明共價鍵具有　　　　　　。
三、鍵能
1.定義:在　　　　條件下,斷開　　　　AB(g)分子中的化學鍵,使其分別生成　　　　A原子和　　　　B原子所吸收的能量稱為A—B鍵的鍵能。鍵能的單位是　　　　。
2.應用
(1)判斷共價鍵的穩定性
從鍵能的定義可知,鍵能愈大,斷開時需要能量愈多,這個化學鍵愈　　　　　　　　。
(2)判斷分子的穩定性
一般來說,結構相似的分子中,共價鍵的鍵能愈大,分子越　　　　。如分子的穩定性:HF　　　　HCl,HBr　　　　HI。
(3)估算化學反應的反應熱
同一化學鍵解離成氣態原子所吸收的能量與氣態原子結合形成化學鍵所釋放的能量在數值上是相等的,故根據化學鍵的鍵能數據可計算化學反應的反應熱,即ΔH=　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
【參考答案】一、1.核間距　2.牢固
二、1.化學鍵　3.方向性
三、1.01×105 Pa、298 K　1 mol　氣態　氣態　kJ·mol-1　2.牢固　穩定　>　>　反應物中化學鍵鍵能之和-反應產物中化學鍵鍵能之和
【效果檢測】
1.判斷正誤(正確的打“√”,錯誤的打“×”)。
(1)原子軌道在空間都具有方向性。 (　　)
(2)σ鍵是軸對稱而π鍵是鏡像對稱。 (　　)
(3)鍵長的大小與成鍵原子的半徑和成鍵數目有關。 (　　)
(4)鍵能越大,鍵長越長,共價化合物越穩定。 (　　)
(5)在分子中,兩個原子間的距離叫鍵長。 (　　)
(6)非極性鍵的鍵能大于極性鍵的鍵能。 (　　)
(7)鍵能越大,表示該分子越容易受熱分解。 (　　)
(8)H—Cl鍵的鍵能為431 kJ·mol-1,H—I鍵的鍵能為297 kJ·mol-1,這可說明HCl分子比HI分子穩定。(　　)
【答案】(1)×　(2)√　(3)√　(4)×　(5)×　(6)×　(7)×　(8)√
2.三個鍵參數中,有哪幾種決定化學鍵的穩定性
【答案】鍵能和鍵長。
3.如何判斷鍵能大小
【答案】一般來說,鍵長越短,鍵能越大,即成鍵原子間的核間距越短或成鍵原子的原子半徑越小,鍵能越大。
【合作探究】
任務1：鍵能及其應用
情境導入　1.說起溫室氣體,大家最先想到的是二氧化碳。其實還有一個比二氧化碳影響更大的氣體——甲烷。有研究證明,以單位分子數而言,甲烷導致溫室效應的效果相當于二氧化碳的25倍。
2.硅烷在常溫下是一種無色、能與空氣反應、并會引起窒息的氣體。該氣體通常與空氣接觸會引起燃燒并放出很濃的白色的無定型二氧化硅煙霧。
問題生成
碳和硅的有關化學鍵鍵能如下所示,簡要分析和解釋下列有關事實:
化學鍵 C—C C—H C—O Si—Si Si—H Si—O
鍵能/ (kJ·mol-1) 347 413 358 226 323 368
1.通常條件下,比較CH4和SiH4的穩定性誰強誰弱
【答案】因為C—H鍵的鍵能大于Si—H鍵的鍵能,所以CH4比SiH4穩定。
2.硅與碳同族,也有系列氫化物,但硅烷在種類和數量上都遠不如烷烴多,原因是什么
【答案】C—C鍵和C—H鍵的鍵能比Si—H鍵和Si—Si鍵的鍵能都大,因此烷烴比較穩定,而硅烷中Si—Si鍵和Si—H鍵的鍵能較低,易斷裂,導致長鏈硅烷難以生成。
3.SiH4的穩定性小于CH4,更易生成氧化物,原因是什么
【答案】C—H鍵的鍵能大于C—O鍵,C—H鍵比C—O鍵穩定,而Si—H鍵的鍵能卻小于Si—O鍵,所以Si—H鍵不穩定而傾向于形成穩定性更強的Si—O鍵。
4.N2與H2在常溫下很難發生化學反應,必須在高溫下才能發生化學反應,而Cl2與H2很容易發生化學反應,為什么
【答案】化學反應包括舊鍵斷裂和新鍵形成兩個過程,N2中存在N≡N,N≡N斷裂需要很高的能量,而Cl2中的Cl—Cl斷裂需要的能量相對較低,故氯氣容易與氫氣發生反應。
【核心歸納】
鍵能的應用
1.表示共價鍵的強弱:鍵能越大,斷開化學鍵時需要的能量越多,則化學鍵越穩定。
2.判斷分子的穩定性:結構相似的分子中,共價鍵的鍵能越大,分子越穩定。
3.判斷化學反應的能量變化:在化學反應中,舊化學鍵的斷裂吸收能量,新化學鍵的形成釋放能量,因此反應焓變與鍵能的關系為ΔH=反應物鍵能總和-反應產物鍵能總和;ΔH<0時,為放熱反應;ΔH>0時,為吸熱反應。
4.由鍵能判斷物質的反應能力:如N2、O2、F2與H2反應越來越容易。
【典型例題】
【例1】根據鍵能數據計算CH4(g)+4F2(g)CF4(g)+4HF(g)的反應熱ΔH為(　　)。
化學鍵 C—H C—F H—F F—F
鍵能/(kJ·mol-1) 413 453 565 159
A.-1784 kJ·mol-1 　　　　　B.+1784 kJ·mol-1
C.-485 kJ·mol-1 D.+485 kJ·mol-1
【答案】A
【解析】由“ΔH=反應物鍵能總和-反應產物鍵能總和”可知:ΔH=(413×4+159×4-453×4-565×4) kJ·mol-1=-1784 kJ·mol-1。
【例2】某些化學鍵的鍵能(kJ·mol-1)如下表所示。
化學鍵 H—H Cl—Cl Br—Br I—I H—Cl H—Br H—I
鍵能 436 243 193 151 431 363 297
(1)1 mol H2在2 mol Cl2中燃燒,放出熱量　　　　kJ。
(2)在一定條件下,1 mol H2與足量的Cl2、Br2、I2分別反應,放出熱量由多到少的順序是　　　　(填字母)。
a.Cl2>Br2>I2
b.I2>Br2>Cl2
c.Br2>I2>Cl2
(3)預測1 mol H2在足量F2中燃燒比在Cl2中燃燒放熱　　　　(填“多”或“少”)。
【答案】(1)183　(2)a　(3)多
【解析】(1)根據鍵能數據可得,H2(g)+Cl2(g)2HCl(g)　ΔH=436 kJ·mol-1+243 kJ·mol-1-431 kJ·mol-1×2=-183 kJ·mol-1,1 mol H2在2 mol Cl2中燃燒,參加反應的H2和Cl2都是1 mol,生成2 mol HCl,故放出的熱量為183 kJ。
(2)由表中數據計算知1 mol H2在Cl2中燃燒放熱最多,在I2中燃燒放熱最少;由以上結果分析,生成物越穩定,放出熱量越多。
(3)因穩定性:HF>HCl,故1 mol H2在F2中燃燒比在Cl2中燃燒放熱多。
任務2：鍵長和鍵角及其應用
情境導入　鍵能與鍵長是衡量共價鍵強弱的參數,鍵長和鍵角是描述分子空間結構的參數。一般來說,如果知道分子中的鍵長和鍵角,這個分子的空間結構就確定了。
問題生成
1.根據元素周期律可知NH3的穩定性強于PH3,你能利用鍵參數加以解釋嗎
【答案】鍵長:N—HP—H,因此NH3更穩定。
2.如上圖白磷和甲烷均為正四面體結構,它們的鍵角是否相同,為什么
【答案】不同,白磷分子的鍵角是指P—P之間的夾角,為60°;而甲烷分子的鍵角是指C—H的夾角,為109°28'。
3.實驗測得BeCl2為共價化合物,兩個Be—Cl鍵間的夾角為180°,鍵長相同,據此能否判斷BeCl2的空間結構
【答案】確定了分子中的鍵長和鍵角,分子的空間結構即可確定,2個Cl—Be鍵的鍵長相同,Cl—Be—Cl鍵角為180°,故BeCl2為直線形分子。
4.一般來說,鍵長越短,鍵能越大。數據顯示F—F鍵的鍵長比Cl—Cl鍵的鍵長短,而F—F鍵的鍵能比Cl—Cl鍵的鍵能小,為什么
【答案】氟原子的半徑很小,兩個氟原子形成共價鍵時,其鍵長短,原子核之間的距離很近,排斥力很大,因此鍵能不大,F2的穩定性差而很容易與其他物質反應。
【核心歸納】
1.鍵長的應用
(1)一般鍵長越短,鍵能越大,共價鍵越穩定,分子越穩定。
(2)鍵長的比較方法
①根據原子半徑比較,同類型的共價鍵,成鍵原子的原子半徑越小,鍵長越短。
②根據共用電子對數比較,相同的兩個原子間形成共價鍵時,單鍵鍵長>雙鍵鍵長>三鍵鍵長。
2.鍵角的應用
(1)鍵長和鍵角決定分子的空間結構。
(2)常見分子的鍵角與分子空間結構。
化學式 結構式 鍵角 空間結構
CO2 OCO 180° 直線形
NH3 107.3° 三角錐形
H2O 104.5° 角形
BF3 120° 平面三角形
CH4 109°28' 正四面體形
【例3】下列說法正確的是(　　)。
A.分子的結構是由鍵角決定的,與鍵長無關
B.共價鍵的鍵能越大,共價鍵越牢固,由該鍵形成的分子越穩定
C.CF4、CCl4、CBr4、CI4中C—X(X=F、Cl、Br、I)的鍵長、鍵角均相等
D.H2O分子中兩個O—H的鍵角為180°
【答案】B
【解析】分子的結構是由鍵角、鍵長共同決定的,A項錯誤;由于F、Cl、Br、I的原子半徑不同,故C—X(X=F、Cl、Br、I)的鍵長不相等,C項錯誤;H2O分子中兩個O—H的鍵角為104.5°,D項錯誤。
【例4】實驗測得四種結構相似的單質分子的鍵長、鍵能的數據如下:
鍵 A—A B—B C—C D—D
鍵長/10-10 m a 0.74 c 1.98
鍵能/(kJ·mol-1) 193 b 151 d
已知D2分子的穩定性大于A2,則a　　　(填“>”或“<”,下同)1.98,d　 　　193;a　　 　c,b　　 　d。
【答案】>　>　<　>
【解析】結構相似的單質分子中,鍵長越短,鍵能越大,分子越穩定。
方法技巧：共價鍵強弱的判斷
1.由原子半徑和共用電子對數判斷:成鍵原子的原子半徑越小,共用電子對數越多,則共價鍵越牢固,含有該共價鍵的分子越穩定。
2.由鍵能判斷:共價鍵的鍵能越大,共價鍵越牢固,破壞共價鍵消耗的能量越大。
3.由鍵長判斷:共價鍵的鍵長越短,共價鍵越牢固,破壞共價鍵消耗的能量越大。
4.由電負性判斷:元素的電負性越大,該元素的原子對鍵合電子的吸引力越大,與其他元素形成的共價鍵越穩定。
【隨堂檢測】
1.下列說法中正確的是(　　)。
A.雙原子分子中化學鍵鍵能越大,分子越穩定
B.雙原子分子中化學鍵鍵長越長,分子越穩定
C.雙原子分子中化學鍵鍵角越大,分子越穩定
D.在雙鍵中,σ鍵的鍵能小于π鍵的鍵能
【答案】A
【解析】當鍵能越大,鍵長越短時,分子越穩定,故A項正確,B項錯誤;鍵角是決定分子空間結構的參數,與分子的穩定性無關,故C項錯誤;σ鍵的重疊程度大于π鍵,故σ鍵的鍵能大于π鍵的鍵能,D項錯誤。
2.下列比較正確的是(　　)。
A.鍵長:C—O>Si—O
B.鍵長:
C.鍵能:C—OD.鍵能:
【答案】B
【解析】A項,由于原子半徑:Si>C,故鍵長:Si—O>C—O;B項,由于鍵長:單鍵>雙鍵>三鍵,故鍵長:C—C>;C、D兩項,一般來說鍵長越短,鍵能越大,故鍵能:C—O>Si—O、>C—C。
3.鍵長、鍵角和鍵能是描述共價鍵的三個重要參數,下列敘述正確的是(　　)。
A.鍵角是描述分子空間結構的重要參數
B.因為H—O的鍵能小于H—F的鍵能,所以O2、F2與H2反應的能力逐漸減弱
C.水分子可表示為H—O—H,分子中的鍵角為180°
D.H—O的鍵能為467 kJ·mol-1,即18 g H2O分解成H2和O2時,消耗的能量為2×467 kJ
【答案】A
【解析】H—O、H—F的鍵能依次增大,意味著形成這些鍵時放出的能量依次增大,化學鍵越來越穩定,O2、F2與H2反應的能力逐漸增強,B項錯誤;水分子呈角形,鍵角為104.5°,C項錯誤;H—O的鍵能為467 kJ·mol-1,指的是斷開1 mol H—O形成氣態氫原子和氣態氧原子所需吸收的能量為467 kJ,18 g H2O即1 mol H2O中含2 mol H—O,斷開時需吸收2×467 kJ的能量形成氣態氫原子和氣態氧原子,再進一步形成H2和O2時,還需釋放出一部分能量,故D項錯誤。
4.下列能說明BF3分子中4個原子在同一平面的理由是(　　)。
A.任意兩個鍵的夾角為120°
B.B—F鍵是非極性共價鍵
C.3個B—F鍵的鍵能相等
D.3個B—F鍵的鍵長相等
【答案】A
【解析】本題考查共價鍵鍵參數的運用。當鍵角為120°時,BF3的空間結構為,故分子中4個原子共面,呈平面三角形。
5.KH2PO4晶體具有優異的非線性光學性能。我國科學工作者制備的超大KH2PO4晶體已應用于大功率固體激光器,填補了國家戰略空白。已知有關氮、磷的單鍵和三鍵的鍵能(kJ·mol-1)如表:
N—N N≡N P—P P≡P
160 945 200 489
從能量角度看,氮以N2、而白磷以P4(結構式可表示為)形式存在的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
【答案】1 mol N≡N鍵能大于3 mol N—N鍵能之和,而1 mol P≡P鍵能小于3 mol P—P鍵能之和,鍵能越大物質越穩定,故氮以N2形式存在,而白磷以P4形式存在
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